전압 불균형 제거

전압 불균형은 3상 모터의 성능을 저하시키고 수명을 단축시킵니다. 모터 단자의 전압 불균형은 전압 불균형에 비례하지 않는 전류 불균형을 유발할 수 있습니다. 불균형 전류는 토크 맥동, 진동 및 기계적 응력 증가, 손실 증가로 인한 효율 저하, 모터 과열로 이어져 권선 절연 수명을 단축시킵니다.

전압 불균형 비율은 3상 시스템의 평균 전압에서 선로 전압의 최대 편차의 절대값을 평균 전압으로 나눈 값의 100배로 미국전기제조자협회(NEMA)에서 정의합니다. 예를 들어 측정된 라인 전압이 462, 463, 455볼트인 경우 평균은 460볼트입니다. 전압 불균형이 발생합니다:

(460 – 455) /460 x 100 = 1.1%

모터 단자의 전압 불균형은 1%를 초과하지 않는 것이 좋습니다. 1%를 초과하는 불균형은 NEMA MG-1-2011의 그림 20-2에 따라 모터의 경감이 필요하며 대부분의 제조업체 보증이 무효화됩니다. 전압 불균형의 일반적인 원인은 다음과 같습니다:

– 역률 보정 장비의 작동 오류

– 불균형하거나 불안정한 유틸리티 공급

– 뱅크에 비해 너무 큰 3상 부하를 공급하는 불평형 변압기 뱅크

– 동일한 전력 시스템에 고르지 않게 분산된 단상 부하

– 미확인 단상 대 접지 오류

– 배전 시스템 1차측의 개방 회로

분당 1,800회(RPM), 100마력(hp) 모터의 효율은 아래 표 1에 전압 불균형 및 모터 부하의 함수로 나와 있습니다. 전압 불균형이 증가함에 따라 효율이 감소하는 일반적인 경향은 모든 부하 조건에서 모터에서 관찰됩니다.

전압 불균형은 모터 과열 및 조기 모터 고장을 초래하는 주요 전력 품질 문제일 수 있습니다. 불균형 전압이 감지되면 원인을 파악하기 위해 철저한 조사를 수행해야 합니다. 시정 조치를 취하면 에너지와 비용을 절감할 수 있습니다.

권장 조치

• 모터 단자의 전압을 주기적으로 모니터링하여 전압 불균형이 1% 미만으로 유지되는지 확인합니다. 허용할 수 없는 값이나 값의 변화율에 대해 알람을 보내는 센서를 설치하는 것이 좋습니다. ISA100 무선 센서 네트워크에 관심을 가질 수 있습니다.
• 전기 시스템 단선 다이어그램을 확인하여 단상 부하가 균일하게 분배되는지 확인하세요.
• 필요에 따라 접지 오류 표시기를 설치하고 매년 열화상 검사를 수행합니다. 전압 불균형이 문제일 수 있다는 또 다른 징후는 120헤르츠(Hz)의 진동입니다. 120Hz 진동이 발견되면 즉시 전압 밸런스를 확인해야 합니다.

전압 불균형 에너지 절약 예시

표 1에 표시된 대로 테스트한 100마력 모터가 2.5%의 불균형 전압으로 연간 8,000시간(시간/년) 동안 완전히 부하가 걸리고 작동했다고 가정합니다. 에너지 가격이 킬로와트시(kWh)당 0.08달러이므로 시정 조치를 취한 후 연간 에너지 및 비용 절감 효과는 다음과 같습니다:

연간 에너지 절감량 = 100마력 x 0.746kW/hp x 8,000시간/년 x (100/93 – 100/94.4) = 9,517kWh

연간 비용 절감액 = 9,517kWh x $0.08/kWh = $760

불균형한 공급 전압으로 인해 수많은 모터 및 기타 전기 장비에 전원이 공급될 수 있으므로 전체 절감액은 훨씬 더 클 수 있습니다.

추가 고려 사항

전압 불균형은 매우 높은 전류 불균형을 유발합니다. 전류 불균형의 크기는 전압 불균형의 6~10배에 달할 수 있습니다. 앞의 예에서 100마력 모터의 경우, 라인 전류(최대 부하에서 전압 불균형이 2.5%인 경우)는 27.7% 불균형했습니다.

전압 불균형이 있는 전원 공급 장치에서 작동하면 모터가 더 뜨겁게 작동합니다. 추가 온도 상승은 다음 공식1 을 사용하여 추정됩니다:

총 온도 상승 = 균형 온도 상승 x (1 + 2 x (% 전압 불균형)2 /100)

예를 들어 저항으로 인해 온도가 80°C 상승하는 모터는 2% 전압 불균형 조건에서 작동할 경우 6.4°C의 온도 상승을 경험하게 됩니다. 권선 절연 수명은 작동 온도가 10°C 상승할 때마다 절반씩 감소합니다.2

자원

전압 불균형에 대한 자세한 내용은 미국전기제조자협회(NEMA)(www.nema.org)를 참조하세요.

미국 에너지부(DOE)- 모터 및 모터 구동 시스템 효율성에 대한 자세한 내용을 확인하고 MotorMaster+ 소프트웨어 도구를 다운로드하려면 제조국(AMO) 웹사이트(manufacturing.energy.gov)를 방문하세요.

참조

릴라이언스 일렉트릭, “전원 공급 장치”, 1998년 9월.

2 “비용이 많이 드는 누출 방지: 불균형 전압이 3상 전기 모터의 수명과 효율에 미치는 영향.” 에너지 문제. 미국 에너지부. 2005년 겨울.

추가 참조

이 팁 시트의 정보는 NEMA 표준 간행물 MG-1-2011, 모터 및 발전기에서 발췌한 것으로, www.nema.org 에서 구매할 수 있습니다.